OPTIKA‎ > ‎

Tepelné záření, záření černého tělesa

víme : zakřátá tělesa vysílají elektromagnetické záření, které vyvvolává pocit tepla (tepelné záření)

Vlastnosti tepelného záření :

  • má spojité spektrum
  • rozdělení energie podle vlnových délek závisí na teplotě tělesa - barva tělesa se mění s teplotou
    • t < 525 °C - infračervené záření (nevidíme)
    • t = 700 °C - tmanočervená barva
    • t = 900 °C - červená barva
    • t = 1100 °C - oranžově červená barva
    • t = 1300 °C - bílá barva
    • t = 3000 °C - modrobílá barva
  • rozfělení energie závisí i na chemickém složení a struktuře tělesa
víme : každá látka zároveň pohlcuje i odráží zářivou energii
pro lepší popis a zkoumámí těles při pohlcování a odrážení záření závádíme model tzv. ČERNÉHO TĚLESA

ČERNÉ TĚLESO = takové těleso, které veškerou dopadající zářivou energii pohlcuje (bez ohledu na vlnové délce) a potom ji vysílá pouze ve formě tepelného záření

  • v přírodě takové těleso neexistuje
  • v praxi ho můžeme realizovat dutinou se začerněnými vnitřními stěnami a s malým otvorem
  • dopadající záření při mnohonásobných odrazech předá svou energii stěnám černého tělesa, které ji vyzáří ve formě tepelného záření

experimentálně bylo zjištěno :


 
- při určité teplotě T vyzařuje černé těleso do okolí elektromagnetické vlnění různých vlnových délek


- tato vlnění nejsou ale vyzařována černým tělesem se stejnou intenzitou


Mλ ... spektrální hustota vyzařování


λ ... vlnová délka vyzařovaného záření






z grafu plyne:
A

vlnová délka λmax záření, které je černým tělesem vyzařováno s největší intenzitou, je tím kratší, čím větší je termodynamická teplota T
 

tuto závislost popisuje


WIENŮV POSUNOVACÍ ZÁKON

λmax = b/T           

b ... konstanta (b = 2,9 . 10- 3 m.K )

Vlnová délka λmax, při které nastává maximum vyzařování, je nepřímo úměrné termodynamické teplotě T.


 
- snaha také nalézt vztah pro funkci Mλ, která určuje tvar křivek

podle klasické fyziky: podíl energie připadající na kratší vlnové délky by se měl zvyšovat
experimentální zjištění: záření o vlnové délce λ < λmax černé těleso prakticky nevyzařuje - rozpor
B
celková energie vyzářená při dané teplotě T povrchem černého tělesa o plošném obsahu 1 m2 za 1s (spektrální hustota intenzity vyzařování Mλ)  je úměrná plošnému obsahu obrazce vymezenému křivkou dané teploty a osou λ
experimentálně zjištěno: Mλ je přímo úměrné T4

tuto závislost popisuje

STEFANŮV - BOLTZMANNŮV ZÁKON

Mλ  = σ . T4

σ = 5,67.10-8 W.m-2.K-4
Stefan-Boltzmannova konstanta

Intenzita vyzařování černého tělesa vzrůstá se čtvrtou mocninou termodynamické teploty.

ÚLOHA: